多DSP的MPEG-4系統(tǒng)設(shè)計方案

基于MPEG-4的視頻編解碼技術(shù)已經(jīng)成為當前多媒體技術(shù)發(fā)展的熱點。本文提出了一種以多DSP為核心的MPEG-4編解碼系統(tǒng)，并設(shè)計出了具體的硬件平臺方案。
　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，消費類電子、電視電影廣播、計算機技術(shù)日益緊密地結(jié)合起來。人們不再滿足于只用簡單的文字、聲音進行交流，逐漸趨向于用圖、文、聲、動畫、視頻等多種媒體進行綜合交流。
　　MPEG-4作為新一代多媒體標準提供了一整套能同時滿足制作者、服務(wù)商和終端用戶的編解碼技術(shù)。它為數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)的通信、訪問和操作提供了新的方法，并且提供了一個靈活的框架和一套開發(fā)工具來支持新的和傳統(tǒng)的性能。其基于對象的數(shù)據(jù)壓縮、靈活的碼流伸縮性以及可交互性的優(yōu)點使其可以適應(yīng)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的發(fā)展趨勢。
　　基于MPEG4標準的解決方案紛紛推出，有的為硬件方案，有的為軟件方案。前者設(shè)計一個MPEG-4專用編解碼芯片，后者方式是基于通用視頻DSP芯片的軟件實現(xiàn)。 采用專用芯片的優(yōu)點是系統(tǒng)實時性好，壓縮率高，且圖像質(zhì)量也好。缺點是一旦編解碼方案固定，就較難對其進行升級與更新，且此種系統(tǒng)成本造價高，不易在市場上推廣。后一種方式利用DSP的高速信號處理功能，使用軟件實現(xiàn)的算法在其上運行時可以大大縮短執(zhí)行時間，獲得較高的壓縮率，同時該方案易升級，算法易更新。
　　近幾年隨著通用DSP芯片的價格下降，使得以DSP芯片為核心加上適當?shù)耐鈬考纬傻腗PEG-4音視頻編解碼系統(tǒng)將成為主流。本系統(tǒng)就是基于TI 公司的DSP平臺上對MPEG-4編解碼算法的實現(xiàn)。
　　1.方案設(shè)計
　　在開發(fā)MPEG-4編解碼系統(tǒng)時，總的來說其難點在于對MPEG-4視頻編解碼算法的實現(xiàn)上。這是由于視頻圖像數(shù)據(jù)量巨大，對其處理和壓縮需占用較多的芯片資源和處理時間，在單獨的一片DSP芯片很難實現(xiàn)。舉例來說，在視頻編碼中通常的實現(xiàn)方式是由單片的DSP芯片加上一定的片外擴展資源（如EPROM、SDRAM等）來實現(xiàn)編碼算法，但是在實際算法的執(zhí)行中，對外接器件中的數(shù)據(jù)讀寫的速度遠小于對DSP芯片內(nèi)部資源的讀寫速度，這使得整個系統(tǒng)的運行速度就比較慢。如果要求一片DSP芯片同時實現(xiàn)編解碼算法則開發(fā)難度就更大了。實際的開發(fā)經(jīng)驗也證明在單片DSP上實現(xiàn)視頻的編解碼算法較為困難，開發(fā)周期較長，其圖像效果也不佳。而在實際應(yīng)用中，用戶對圖像顯示效果的要求越來越高，這就對圖像的顯示速度和清晰度提出了更高的要求。
　　本方案中是采用多DSP來實現(xiàn)MPEG-4的編解碼算法，多DSP的好處不言而喻，多DSP的協(xié)同處理可以極大得提高信號處理的速度。雖然多DSP帶來成本上提升，但是主流通用DSP芯片TMS320C5000、TMS320C6000系列芯片價格的逐年下降，使得多DSP的應(yīng)用已經(jīng)步入實用化階段。
　　2．系統(tǒng)實現(xiàn)
　　具體的系統(tǒng)實現(xiàn)方案是采用三片DSP作為音視頻的協(xié)處理器：一片TMS320C5402（以下簡稱為TMS5402）實現(xiàn)音頻編解碼，一片TMS320C6204（以下簡稱為TMS6204）實現(xiàn)視頻編碼，另一片TMS6204實現(xiàn)視頻的解碼。為了實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，同時擴展其網(wǎng)絡(luò)功能，另外采用了一片ATMEL公司的AT75C220芯片，通過在其上嵌入式操作系統(tǒng)，來實現(xiàn)對DSP芯片及其外圍電路的控制。具體的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示：
　　
　　系統(tǒng)上電后，通過自引導(dǎo)程序進行初始化，AT75C220自動從Flash Disk中植入嵌入式操作系統(tǒng)，各DSP芯片也分別自引導(dǎo)入相應(yīng)的編解碼算法。同時此操作系統(tǒng)還向用戶提供一個友好的操作界面，用戶通過此界面來控制DSP芯片的編解碼過程、系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的連接，以及常用的功能（關(guān)機、播放音視頻、上網(wǎng)等）。
　　2.1 音視頻編碼
　　視頻編碼模塊框圖如下：
　　
　　視頻編碼工作過程：視頻圖像經(jīng)過采集存儲于幀緩存器中，采集完成后FPGA（可編程邏輯器件）向TMS6204發(fā)出接收信號。TMS6204接收到“圖像已采集好”的信號后，就通過DMA方式將圖像寫至片外存儲器SDRAM中，并開始運行MPEG-4視頻編碼算法對片外存儲器中的圖像進行編碼。編碼輸出信號通過HPI（Host Port Interface）口送至AT75C220，AT75C220將視頻信號與音頻進行同步打包后經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)往接收主機處。